压铸工艺及压铸模具设计要点模板.doc

压铸工艺及压铸模具设计关键点 摘要：压铸机、模具和合金三者，以压铸件为本，压铸工艺贯穿其中，有机地将它们整合为一个有效系统，使压铸机和模具得到良好匹配，起到优化压铸件结构，优选压铸机、优化压铸模设计、提升工艺工作点灵活性作用，从而为压铸生产提供可靠确保。所以，压铸工艺寓于模具中之说，内涵之深不言而喻。关键词：压铸机；模具；压铸工艺；模具设计The Main Points of Die Casting Process andDie Casting Die DesignPAN Xian-Zeng, LIU Xing-fuAbstract: The die casting machine, die and alloy, the three on the basis of die castings, running through with the die casting process forms organically a whole and an effective system. Making the machines well to mate with dies, optimization of die casting construction, optimization of selecting die casting machine, optimization of die design and improving the flexibility of die casting process conveys in the die, this has a profound intension.Key words: die casting machine; die; die casting process; die design 1 压铸机模具合金系统压铸机、模具和合金这三个原因，在压铸件生产过程中，它们组成了一个系统，即压铸机-模具合金系统，它是以压铸件为本，工艺贯穿其中，给予系统活力和效率，而模具则是工艺进入系统平台。压铸机、模具和合金三者关系形象地表示图1所表示。压铸机-模具-合金系统关键表现为： (1) 内浇口位置影响充填金属熔体流动方向及状态，和充填型腔质量，对模具结构和工艺产生决定性影响，这是关键所在。 (2) 选定最好充型时间，这是很关键一步，影响到充型时金属熔体体积流量(Q)，也就是充型功率，并据此计算内浇口尺寸。 (3) 选择排气、溢流位置和尺寸，除正常排气、排污和温度平衡外，还可降低冲击压力，避免金属飞溅和产生毛刺。(4) 加热和冷却，平衡模具温度，保持工作温度。2 压铸工艺和模具设计关键技术 压铸时内浇口位置影响压铸件结构设计、质量和压铸模具设计，经过查询资料可得到正确设置内浇口位置提醒。因为铸件结构多样性，要选择内浇口正确位置是很困难，但也有部分基础要求，如普遍认为设置内浇口要使充型时金属射流尽可能地以自由射流在型腔中流过较长距离，也就是正确内浇口位置、形状、尺寸(流向角)配合压铸参数可取得金属射流沿型壁不停有序扩展、转向，并连续不停地扩展至尽头。型腔大部分(即主干型腔)由射流充填完成，只有一小部分型腔(即非主干型腔)由金属熔体支流补充完成或由金属熔体股流相碰撞完成充填，并经过排溢系统排除残余。图2为内浇位置和主干型腔示意图1”。同一个压铸件选择不一样内浇口位置和流向角，能够得到不一样主干型腔、非主干型腔和各自占有面积百分数，图2中壳体压铸时，因为内浇口位置不一样，得出不一样主干型腔和非主干型腔。图2a内浇口垂直于一侧壁，因为零件顶部长方孔把两侧壁分开，结果是只有一侧为主干型腔；要充填另一侧壁，必需经浇道两端连接处，最终两股液流汇聚完成填充，这一部分就是非主干型腔。因主干型腔所占面积百分比不高，所以会产生大量废品，图2a1。在图2b中，内浇口位置不作改变，只是把顶部长方孔用等壁厚工艺筋连接起来，这么充填时金属熔体转向，沿筋板充填另一侧壁，使两侧壁全部成了主干型腔，增大了主干型腔所占百分比，铸件质量也大幅度提升，图2b1。在图2c中，零件和图2a相同，顶部方孔不加工艺筋，但将内浇口设置在零件一端，这么金属熔体从两侧壁同时进行充填，从而扩大了主干型腔百分比，确保了质量，提升了合格率。这是同一零件三种内浇口设置方案，证实内浇口位置关键性。 即使计算机技术有利于选定内浇口位置，但计算机技术仅是一个方法，而内浇口位置设计仍不失为一项关键技术。3 压铸工艺关键点3.1 pQ2图和压铸机泵功率3.1.1 金属压力、速度和流量之间关系在原理上压铸机是一台液态金属泵，它在压力下将金属熔体输送到压铸模型腔内。泵特征是输送功率(体积流量)，是压力函数，这方面早在70年代，首先由澳大亚CSIRO做出有价值开发工作，用pQ2图建立了一个有用工具，依据铸件亦即模具要求，决定机器调整值，原来是用于热室压铸机锌合金压铸件上，但很快就扩展到冷室机上。在标准上，现在从流体力学原理所熟知压力和体积流量关系，转移到压铸机实际应用。依据伯努力方程，根据似稳流，金属流动速度为： 式中：为流速，m/s；p为流动压力，N/m3（1 bas=105 N/m2=0.1 MPa）；为液态金属密度，kg/m3。由式（1）可得到 压铸机压射单元有两个液压系统：一个是压射蓄能器-压射驱动缸组成液压系统；另一个是跟着这个系统随动冲头-压室-喷嘴（热室机）-直浇道-横浇道-内浇口组成金属液压系统（metal-hydraulic system, metallhydraulisches System）。对于金属液压系统，内浇口速度是a，则式（2）变为： 金属压力愈高，在喷嘴及内浇口处金属熔体流动速度也愈快，但也必需考虑克服因为流动截面改变、方向改变和型壁粗糙度存在而产生流动阻力，用阻力系数来表示这些阻力之和。所以，金属压力可写成下式： 假如已知无量钢系数，就能够计算出一定内浇口速度所需金属压力，依据压铸合金和铸件要求，内浇口速度有一经验值，应该遵守，见表12，所以需要压铸机提供对应速度。表1 内浇口速度选择Table 1 Choice of velocity at ingate项目 A1 Mg Cu Zn a(m.s-1) 25-60 40-90 30-45 30-50 低值用于相对厚铸件，高值用于相对薄铸件，通常镁合金铸件内浇口速度比铝高25%，真空压铸时内浇口速度为15-30m/s。金属熔体体积流量Q是速度a和出流面积Sa乘积，出流面积是指浇注装置喷嘴面积或压铸模内浇口面积，其关系为Q=aSa 式中：Sa为出流面积，m2。将式（5）代入式（4）得到： 公式（6）指出了金属压力和金属流量关系；充型时，假如体积流量Q不足或液流速度a达不到要求，就必需提升金属压力，p升高，Q、a就会升高，即可达成充型要求。提升压力可经过提升压射阀前蓄能器压力，也可经过调整压射系统压力调整阀（即节流阀）开度实现。由式（6）可知，在金属密度、出流面积Sa一定时，所需金属压力p和体积流量Q平方成正比。为了描绘压力是体积流量函数，在纵座标上p采取线性分度，Q在横座标上采取平方分度，从座标原点引出一条直线，表示对应阻力系数，并代表了对应出流面积Sa时压力体积流量关系，这是通常在pQ2图中阻力线或模具线（DL），见图32。在理想状态下，无流动阻力，则=1，阻力线对横座标比较平坦即夹角小，阻力愈大，值越小，阻力线对横座越徒，夹角也愈大，见图42。3.1.2 压铸机泵功率和机器特征线（pQ2图）一台已知压铸机它可供使用金属压力是多高？对此存在两个简单极限条件：（1） 假如活塞（冲头）速度为零（活塞停止），也就是充型结束时，能达成最大金属压力（不接通增压器）；（2）假如压室中无金属压射时（所谓空压射）冲头所能达成最高速度，此时可得到最大致积流量，金属压力等于零。两个极根条件是可确实，参考图52压铸机压射装置示意图和下面公式 式中：p1为压射（驱动）缸中压力，bar；ps为蓄能器压力，bar；0为活塞速度，m/s； ot max为最大活塞速度（空压射速度），m/s。由图5和式（7）能够看出：假如0=0（活塞停止），则p0=ps，就是说压射后在压射缸中建立起全蓄能器压力；假如相反，0= ot max（空压射速度），则p1=0，也就是压射活塞上 无压力。假如蓄能器压力和压射活塞面积已知，能够计算静金属压力pstat，它是压射终了冲头施加在金属上压力。（8）式中：pstar为静金属压力，bar；pa为蓄能器压力，bar；A1为压射（驱动）活塞面积，m2；A0为冲头面积。第二个极限条件（最大致积流量）可由空压射时活塞速度求得，见公式（9）。活塞速度和随动冲头速度可由测量速度传感哭（常见位置传感器）测得，见图63。 式中：Qmax为空射时最大致积流量，m3/s； ot max为最大活塞（冲头）空压射速度，m/s；A0为冲头面积，m2。把两个最大值pstat和Qmaxt在pQ2图座标中用一直线相连，就得到所谓机器特征线（ML），见图72；适于对应压射活塞、冲头面积，及测量时所选调蓄能器压力和压射阀开度。此特征线确定了为得到所需金属体积流量，可提供金属压力。为了检验，在充型阶段测量压力和活塞（冲头）速度和充型时间，冲头速度乘以冲头面积求得体积流量Q，Q在充型阶段用所测得金属压力（即所描绘压力曲线）也可读取。体积流量Q也可由铸件体积和充型时间之商（或由铸件重量除以金属熔体密度和充型时间之积）求得，这个和p和Q相关工作点必需在机器特征线上，机器特征线也可在不知道Qmax时，从pstat经过用金属压射时工作点连接直线，并延长至横座标，其交点就是Qmax。工作点也是阻力线和机器特征线交点，流动阻力愈大，工作点位置愈高，金属压力也愈高，对应体积流量就愈小，伴随内浇口截面积变小，增加了流动阻力，阻力线走势更陡，因为对相同锁模力机器，存在显著压射功率区分，对相同压铸模也产生泵功率（也就是可供体积流量）对应区分（见图82）。相同锁模力机器有很不一样泵功率，伴随锁模力升高，泵功率不一定要跟着一样增大，锁模力对已知铸件投影面积是否足够，机器是否够大，必需检验，可藉助于pQ2图使已知机器所能提供需要金属输达能力得到确保。因为压铸机特征上工作点位置是经过机器输出特征和已知流动阻力确定，为了发明生产铸件最好压铸条件，对此应进行优化，这种优化是基于提供冲头最大压射功率。如G. L. Wilson所指，要满足用金属压铸压射功率最大，则体积流量是： 也就是： 从这一点出发机器特征和纵座相交于静压pstat。机器特征线上工作点，已知Q值，相对应金属压力p约为金属静压2/3；假如选择式（10）（11）条件，图9所表示2， 则 这是对已知铸件所需流量Q优化标准，怎样才能使机器特征和铸件所需相匹配，以此有三种可能：可选调压射阀、可调蓄能器压力、选择相配冲头直径。表2是这三种调整对机器特征线影响。在pQ2图中机器特征线是很有内涵，如表2所述那样，可进行对应改变、调整。假如将阻力线加入其中，那就更具指导意义。3.2 铸件压铸所需机器pQ2图对已知铸件所需流量Q，依据公式（10）（11）和（12）条件进行优化，而得到铸件压铸所需机器特征线（pQ2图），见图10，并用来和所选压铸机特征线进行比较。优化计算过程和比较方法以下。（1）已知铸件重量G（包含溢流槽），液态合金密度(g/dm3)，并依据铸件结构、壁厚和技术要求选择充型时间；按公式（13）求得金属流量Q0，并依据所优化标准公式（11）求得最大金属流Q0=G/ （2）按下式求得充型时所需金属压力p0。 式中：a=内浇口速度（m/s）依据铸件要求（参考表1）选择；为阻力系数；为液态金属密度，g/cm3。依据优化标准，按公式（12）求最大金属压力p0=2/3p0。（3）在图10中，联接p0和Q0两点完成工艺所需机器特征线（MLXU），并和所选机器特征线（ML）进行比较，通常说来，只要工艺所需要机器特征线MLXU在所选机器特征线ML下方，就表明所选机器能满足压铸该零件需要，至于供需之间最好匹配，则和模具特征（DL）相关。假如工艺所需要机器特征线MLXU不能或不能完全在机器特征线ML下方，则能够根据表2所述改变内浇口截面积（即改变DL斜率）等方法，以使供需平衡图10、11、12和13所表示，不然应另选适宜压铸机。3.3 以铸件为本，优化压铸机模具合金系统，提升工艺灵活性 在压铸机模具合金系统中，经过调整工艺参数，能够改善压铸件质量和性能。这些工艺参数用一个工作窗口(OW)加以限定。这说明OW是这些工艺参数极限图。在压铸工艺中，充型时间、内浇口速度和最终金属静压用以限定OW，这些参数和充型现象相关，依靠于模具设计和压铸机性能。在模具设计时，OW内全部点被认为全部是相等，并无优先权，能够认为最好工作点存在于OW内未知点上，在压铸模装在压铸机上试模之前是无法找到它。在模具设计阶段确保易于找到良好工作点是基于灵活性考虑，灵活性是在OW内经过调整取得。 为此，将工艺参数分成软参数和硬参数两种，软参数是指经过操作或一个控制装置进行调整参数，如功率水平、金属压力、熔体温度、模具温度和循环时间等参数。硬参数是指一个需修正模具或同时需修正压铸机，如冲头直径、内浇口面积、排气槽等。软参数在试模时轻易更改并取得成功，硬参数更改起来则既困难又费钱、费时，常常需要拆卸模具方便重新修正。所以，优化手段是基于软参数并扩大OW内调整点灵活性，从而为模具试验提供较大范围，避无偿时费钱模具更改。3.3.1 压铸机包容线(MPE线)压铸机包容线(MPE线)是一条和压铸机全部特征线相切双曲线，图14所表示。MPE线是压射用蓄能器压力pakk、最大空压射速度ot max和压射活塞面积A1函数。P=/Q而式中：为压射系统所能提供压射功率，kW。显然，MPE线和冲头直径无关，是压铸机压射终了通用特征。它表示储存于充型蓄能器内能量在压射阶段经过液压系统施加于金属熔体上，在MPE线下面面积（图15）包含在机器特征之内。 3.3.2 优选内浇口面积充型时间和内浇口速度极限图15所表示，pQ2图中OW区域用a max、a min、tf max和tf min加以限定，tf max为充满铸型前只是部分凝固所需要时间，tf min是充满型腔前能将型型腔内气体（空气+涂料蒸气）充足排出时间。在增加模具排气能力或用真空时，tf min能够向更低值移动以增加OW面积。a min能够流动模型（雾化，层流）取得，a min则考虑模具侵蚀和磨损。通常地，铝压铸件tf min30 ms，（铝压铸件表面镀层）不镀时为60 ms，A1合金为2560 ms，锌压铸件tf min20 ms，（锌压铸件表面镀层）不镀时为40 ms，Zn合金3050ms；镁优质压铸件tf min30 ms，通常小于40ms，Mg合金4090ms；Cu合金tf min为3045ms。内浇口面积由DL线斜率来表示，DL线斜率随内浇口面积增大而降低，DL线穿过OW右下角对应于最大内浇口面积，反之穿过左上角则对应于最小内浇口面积，图15所表示。充型时间和内浇口速度之间关系是由所选择特定内浇口面积所建立，并描绘成一条DL线。DL线经过OW并由其所截线段是全部可能充型时间和内浇口速度组合区域，OW内并在MPE线之下DL线长度是灵活性图解，较长线段表明调整点有较高灵活性，DL线下面三角形面积A（图15所表示）是可选择范围，面积大则说明可调整余地大。线段和面积两种方法表示灵活性全部是许可。图16所表示是最好调定pQ2图上表示，DL线是OW对角线，这么含有最大灵活性，为了达成这一目标就要改变OW极限并合适地调整MPE线和ML线。 3.4 从压射曲线说起当今压铸机常配以三级压铸系统：第一级为冲头慢速渐进，将金属熔体推至内浇口，即所谓慢压射阶段；第二级是冲头以高速将金属熔体经过内浇口，在要求时间内充满型腔，即充型阶段；第三级为还未完全凝固铸件在高压下(开启增压器)进行凝固和被压实，即压实阶段。图17所表示为经典三级压射曲线示意图，图中曲线分成一级慢压射、二级充型和三级增压压实三个阶段。有些压射系统将第一级压射又分成两个小部分，第一部分是冲头先封住浇料口(图18所表示X1线)，第二部分为慢压射阶段，然后再进行光型和压实， 这就成了四级压射系统，这么除了可避免熔体溅出浇料口，更能够提升压 室初始充满度。3.4.1 慢压射阶段慢压射阶段在工艺上关键是选控慢压射速度，目标是在金属熔体涌至内浇口时，压室中气体能完全从浇口进入型腔，而不被金属熔体包裹，避免在铸件中形成气孔；为此，需要选择一个临界冲头速度，能够是等加速度，也能够是恒速，通常说，等加速度效果好。国外压铸机多配以“Parashot或“SIMUI”等加速度慢压射速度选控系统，图19、图202可作为选控慢压射速度之参考。3.4.2 充型阶段 此阶段在工艺上最应关注是：充型时间、压射速度、内浇口速度和空压射速度相互关系，及关键要参数选择。3.4.2.1 最好充型时间 充型时间就是金属熔体流过内浇口，以高内浇口速度，在金属熔体停止流动前充满型腔时间。这一时间很短，是一个很关键参数，是选择压铸机，进行工艺设计和模具设计基础。 充型时间要短，目标是充型时在铸件最小部位或液流远端不产生早期凝固，避免铸件出现缺肉、冷隔等缺点。充型时间越短，充型速度就越高，会加大型腔磨损，还可能因胀型而金属飞溅和产生飞边；充型速度高，会使型腔中气体没有足够时间从型腔中逸出。充型时间正确选择只有综合考虑才能得到，表3给出了选择充型时间和内浇口速度相关原因4。 金属熔体从工作温度到凝固温度释放热量决定了其在相同导热率下保持可铸性时间，所以这种热量便作为判定其最大可充型时间尺度。释放热量和充型时间成正比，依据热量比能够得到多个合金充型时间关系。Mg合金、Zn合金、A1合金和Cu合金在相同凝固条件下，从工作温度到凝固温度释放热量分别为261、329、509、918kCal/dm3，则它们型时间比为Mg:Zn:AI:Cu 0.51:0.65:1:1.8。也就是说Mg=:0.51AI，Zn=0.65AI，Cu=1.8AI。 表4给出了充型时间和壁厚相关推荐值，更确切地说和凝固模数相关。部分世界著名企业如瑞士Buehler也以此作为选择充型时间依据。早先资料中是按铸件平均壁厚计算，而以后资料也有按最小壁厚计算。注：最大值用于铝合金，中间值用于锌合金，最小值用于镁合金。B.Nogowizin基于材料热性质和她人经验，从试验出发，得到最好充型时间关系式3： 式中：为充型时间，s为铸件平均壁厚；为固、液相间合金密度平均值；HSW为合金熔化热；C为固、液相间合金平均化热容；tL为合金液相线温度；f为固相率；?t为液相线温度和固相率为f时温度之间隔；tF为模具温度；F为模具材料导热率；CF为模具材料比热容；F为模具材料密度。此时，浇注温度tg=tL+ (60120)()压铸时显然金属液在型腔中无过热，大家观察到熔体流中含有一定数量固相，当固相率达成30%80%时，在型腔中熔体运动只能经过高流入速度，当最好充型时间按式（17）计算时，相当于f值为70%80%。图21中能够确定液相线温度和形式70%80固相时温度间隔，即?t=38，表53和表6中列举模具钢1.234 4(X40CrMoV51)和压铸合金物理性质，也可用于1.234 3(X38CrM051)、1.236 5(X32CrMoV33)和1.236 7(X38CrMov53)3。铝合金和铜合金熔化热经验值不详，所以用理论值。试验指出，镁合金熔化热等于纯镁熔化热。表73是按式（17）和按f=70%计算最好充型时间，如f=80%时，则表中数据要扩大1.3倍。由表5可知A1-Si和AISiCu合金最好充型时间要比Al-Mg合金长1.21.6倍，这归因于Si高溶化热，使含硅合金保持较长时间液态，利于在型腔中流过3。最好充型时间对多种镁合金而言在压射时最少要比铝合金快2倍，铜合金最好充型时间和合金组成元素相关，铅黄铜（CuZn37Pb）和镁合金相近，硅黄铜（CuZnl5Si4）和铝合金相近。经验表时，较短充型时间对薄壁长步骤铸件是成功，已用于NADCA推荐计算浇注系统公式中2,6： 式中：为充型时间，ms；Tm为金属熔体浇注温度，；Tf为金属流动最小温度，；Td为压铸模温度，；f为金属熔体失去流动性前最大固相率；sm为压铸件平均壁厚，mm。以某镁合金压铸件为例，壁厚sm=2 mm，金属熔体浇注温度Tm=670，模具温度Td=200，最小流动温度Tt=610，最大固相率f=30%。则按式(18)计算充型时间=0.034 6(6780-610+0.2530)(610-200) 2=20ms。铸件表面品质量随充型时间增加而改变，充型时间短，压射功率大，充型快，但因内浇口厚度限制，过短充型时间使铸件孔隙率增加。图22是充型时间对铝压铸件品质影响7。图233,8是多年提出一个对铝、镁压铸件壁厚和充型时间关系关系图。表面品质要求高就选较短充型时间。 3.4.2.2 压射速度、充型速度和空压射速度。 (1) 压射速度(冲头速度)压射速度(冲头速度)是充型阶段单位时间内冲头位移。在行程曲线充型阶段任选两 个点，测量行程距离和充型时间(图24)，即可求得压射速度=测量距离(mm)压射时间(ms)。 (2) 充型速度（内浇口速度）充型速度即内浇口速度，和冲头速度和冲头面积相关。在压室模具这个封闭系统里，以充型时金属经过内浇口体积流量Q为基础，有以下关系：式中：a为内浇口速度（充型速度），m/s；Sa为内浇口面积，mm2；a为冲头速度（压射速度），m/s；A0为冲头面积，mm2。 通常只有选定压铸机后，才能确定冲头面积，内浇口速度可按表1选择。内浇口速度是关键参数，对铸件质量和模具寿命相关键影响。内浇口速度过高会增大型腔表面因为侵蚀、粘模而受损伤几率；较低内浇口速度虽有利于气体从型体内排出，但也能使铸件力学性能和表面质量变坏。铸件体积缺点常以均匀分布显微孔隙或以较大孔洞出现在铸件中，高内浇口速度压铸强度比低内浇口速度低，有利于在铸件中形成显微孔隙，使铸件表面更光洁，组织更致密。内浇口速度和铸件壁厚相关，可用下式计算： 式中：s为铸件壁厚（单位：mm），适于壁厚16mm；参数4657中，低值用于锌合金，中值用于铝合金，高值用于镁合金。将最大内浇口速度限制在5060m/s，而最小内浇口速度为锌12 m/s、铝18 m/s、镁27 m/s。内浇口速度和铸件壁厚相关，但由内浇口厚度来决定，实际中相同壁厚铸件，可能有不一样厚度内浇口，由此也会用不一样内浇口速度来压铸。还有一个和内浇口厚度相关计算内浇口方法，见下式： 式中：da为内浇口厚度，m；Kw为系数，镁合金为45，铝合金为40，铜合金为27。da值应较铸件平均壁厚s小，同时也小于内浇口设置处铸件厚度；通常壁厚为16 mm时，da为0.82 mm；当1 mms3mm，最小内浇口厚度dam=0.5+0.185 s；当3.3 mms6 mm，d a min=0.33 s；平均内浇口厚度dam=0.52+0.28 s。内浇口厚度首先影响金属液滴形成，G.Lieby和L.Frommer研究指出，较薄金属流从内浇口射出，并快速变厚，在极短时间后形成延续伸展“结”，这个“结”随射流向前运动并最终雾化，金属射流从内浇口流出时最小内浇口速度13为： 式中：Vm为金属熔体动力粘度，m/s；m为表面张力，N/m；m为密度，kg/m3；da为内浇口厚度，m。为了确保雾化要求，由式(22)计算出值，必需扩大到1.31.5倍，内浇口厚度da和内浇口速度a关系图25所表示3，图中。是按a min1.5计算而得到。内浇口几乎全部是长方形，知道其厚度后，其宽度ba必需符合下列条件： 式中：0为冲头速度，a为内浇口速度，d0为冲头直径，da为内浇口厚度。但有对内浇口结构经验线图2，证实了内浇口结构（内浇口参数D图26中公式）和内浇口速度，对铸件质量影响，推荐优良铸件工作点区域薄壁铸件时，选择邻近图中网格区。可见，在很薄内浇口时，因内浇口参数为低值，需要更高内浇口速度。铸件实际比较，在图25中用点加以标志，一个壁厚3.43 mm铜压铸件，内浇口厚度1.4 mm，采取内浇口速度24m/s，在此速度下，形成细微金属-空气混合体；从图25可知，当da=1.4 mm时，内浇口速度a=23 m/s，这和实际是吻合。图25中曲线表明，当da=0.82 mm时，A1合金内浇口速度a=4526 m/s，Mg合金内浇口速度da=5029m/s，Cu合金内浇口速度。a=3117 m/s。依据式(20)，当s=l6mm时，内浇口速度。a=5132 （A1合金)，a=5736m/s(Mg合金)，比图25所表示要高一点。通常在3045m/s选择Cu合金内浇口速度。内浇口速度较低适合于壁厚相对较厚铸件，反之则反。在正常情况下(壁厚22.5mm，最大3mm)，计算时采取a=3540m/s。这些壁厚铸件，内浇口厚度为11.5 mm时，则由图25能够确定内浇口速度a=2127m/s。假如内浇口速度大于图25如示值，可增强熔体雾化效应。必需指出，在压铸Al合金和Cu合金时，内浇口速度过高易造成金属粘焊，粘附在型芯和型腔表面，而Mg合金几乎不会出现粘焊问题。图25所表示，可用于厚壁铸件选择内浇口速度(s6 mm)，而式(20)只适适用于s小于6mm情形。内浇口速度能够由铸件厚度决定，按图25和式(20)来确定，假如采取最高值，则充型是在金属射流雾化时进行，并有利于在铸件中形成显微孔隙。生产很薄铸件需要很高内浇口速度，压铸机必需满足这一要求。可用下式计算压铸机能达成最大内浇口速度。 式中：pgs=ps(D/d0)2，Ps为蓄能器压力；为出流系数(阻尼系数)；D为压射活塞直径；ot max为机器所能达成最大空压速度；d0为冲头直径；0为充型时冲头速度；为金属熔体密度。出流系数 (阻尼系数)为冲头和内浇口系统中液压损失，金属熔体从压室经过浇道、内浇口进入型腔过程中，通常=0.59。A J Davis提出0.5-0.8。由式(24)看出，ot max愈大，ot max也就愈大，从而可满足用较短充型时间充填大容量型腔要求。充型时冲头速度o过高，除了对模具寿命和铸件质量有影响外，还会因为充型终了时冲头冲击作用，使动、定模被挤开，当被挤开之缝隙超出0.05-0.15 mm，还会产生金属液从模具中飞溅出来现象。充型时内浇口速度a和铸件壁厚和金属熔体在型腔中步骤长度相关，图27所表示。(3) 最大空压射速度最大空压射速度ot max是压室内无金属且调速阀全开情况下，单位时间内冲头位移。它是冷室压铸机关键技术参数，对有金属充型时冲头速度0（即三级压射系统中第二级压射速度）、内浇道速度a和压铸件品质相关键影响。(a) 压铸机压射系统所能提供功率压铸机压射系统所能提供功率9见公式（16），即 （式中为压铸机系统所能提供功率，kW；ot max为最大压射速度，m/s；A1为压射缸面积，m2；pakk为压射蓄能器压力，MPa)。由公式（16）可知，减小A1可提升ot max，但同时也减小了和压射力(A1pakk)，这是不可取。图28、图29所表示是Frech企业为提升空压射速度而设计压射系统及液压回路，Ecopress系统压射速度可达10m/s，M系列新系统空压射速度可达11m/s，建压时间5ms。依据零件压铸需要，如方向盘铸件用铝合金压铸时，压射速度为7.2m/s，用镁合金压铸时，压射速度为8.2m/s。为在较短充型时间内向型腔内充填大容量金属熔体，需要高冲头速度和内浇道速度，这就必需给予压铸机高最大空压射速度。现代欧洲压铸机最大空压射速度已达成11m/s，日本多年也出现10m/s超高速压铸机。(b) 空压射速度空压射速度是压铸机可调参数。因为压室-型腔系统阻力存在，充型时冲头速度总比空压射速度小得多。由图304可知，在一定内浇道面积时ot max从4m/s增加至8m/s，而充型时冲头速度o由2.4m/s (I)提升到3.1 m/s(II)，并不像ot max那样提升1倍。理论上，当压射输出功率最大时02/ ot max2=Q2/Q at max2=1/3，则0/ot max2=Q/Qot max=0.577，图31所表示。则0=0.577 ot max 充型时冲头速度0比空压射速度ot要小（因为往往不采取 ot max，实际上其关系为式中：pgs为ps(D/d0)2；ps为压射蓄能器压力；D为压射缸直径；d0压室直径；0为冲头速度，a为内浇道速度；为出流系数（阻尼系数），取=0.59；为金属熔体密度。(c) 用图解方法对量化进行补充前面分析是量化空压射速度及其相关参数，这里用图解对其进行补充，并描述工艺灵活性，用图32所表示机器特征曲绚pQ2口以说明。由图32可知：机器特征曲线ML和ML1和横坐标形成夹角和1，对应流量为Q和Q1，且Q1，说明最大空压射速度大，夹角小，而流量大；一条模具线（内浇口面积即阻力线）DL穿过ML和ML1，分别相交于p和p1，图上可见由p对应pa、Qa及p1，对应pa1、Q a1所组成两个代表机器压射系统输出能量四方形；paQQaOpalOQalO，说明ML-DL组合输出能量大于MLl-DL组合输出能量；四边形CDFE是机器模具组合工作窗口OW，OW是由内浇道速度a (在CD段)和充型时间(在DF段)限定，也就是机器模具组合工艺工作点在这个四边形之内；DL1和工作窗口相切于F，表示最大内浇道面积Aa max (也就是最小充型时间min和最大内浇道速度a max)；模具线DL经过工作窗口OW和CD和ML或ML1交点，能够做成三角形?PBDl和?P1BlD1，其面积分别为A和A1，显然AA1；PD1和P1D1则为DL在工作窗口中和ML和MLl截线，PD1P1Dl。面积和线段长度全部是工艺灵活性尺度，据此，机器ML及其工艺灵活性远大于机器ML1，也就是空压射速度高，流量大，会改善工艺灵活性。工艺工作点必需在一个范围内可调，这个范围越大，工艺灵活性也就越大，工艺成功率就愈高。图35所表示，PD是OW对角线，所以它灵活性最大；假如工作窗口位置发生改变，图33、34、35所表示11其结果也是一样。冷压室压铸机必需有高水平最大空压射速度，这么能够改善工艺工作点灵活性。图解能够帮助我们选择压铸机，设计压铸模具，并提升工艺灵活性，从而提高工艺成功率。3.4.3 压实阶段(1) 从压力曲线看压射时压力图362所表示为压铸机压射缸内压力曲线。由图可知，压铸过程压力大致有充型压力、最终压力（二级压射时等于蓄能器压力，三级压射时已将增压力加上），还有就是充型结束，活塞速度为零时产生冲击压力（Impact Pressure）。冲击压力峰瞬间回复到蓄能器压力。压实压力是指压射（驱动）缸内压射（驱动）压力（蓄能器压力）和增压压力叠加后，乘以压射活塞面积和冲头面积之比，或乘以压射活塞直径和冲头直径之比平方。增压器原理图372所表示。一个大面积(Ap)活塞(dp)和一个小面积(Aa)活塞(ds)相连，大活塞(初级活塞)上承受压力p1，推进小活塞(次级活塞)产生压力p2，在封闭系统中有： 式中：P2为增压压力；p1为推进大活塞压力；Ap为大活塞面积，dP为大活塞直径；As为小活塞面积，ds为小活塞直径。P2和压射缸压力叠加后压力被称为工作压力pe，乘以压射活塞面积A1和冲头面积A0之比(A1/A0)，或乘以压射活塞直径d1和冲头直径d0之比平方(d1/d0)2后称为压实压力Pk，即 假如增压器小活塞腔中有背压P3时，应减去，则 通常压铸机增压器压力变压比为1:3或1:2。图38所表示为冷压室压铸机压射缸压力曲线2。此机设有蓄能器和增压器，如蓄能器压力为7MPa，压铸循环开始后，首先压射活塞和连接冲头，借助于液压泵缓慢前进进行慢压射，然后经过打开压射阀，转接到蓄能器上，冲头被加速到高充型速度，此时金属熔体经过内浇口被压人型腔，在液流开始进入型腔时，产生小压力峰。当深入充型时，几乎以均匀压力进行（此处约5.5 MPa）。在充型终了时，冲头忽然制动，由制动能量引发压力升高，形成小峰瞬即回到蓄能器压力，此压力接通增压器，变压比在例中为1:3，所以压射缸内工作压力pe达成蓄能器压力7MPa3倍即21MPa。若变压比为1:2则达成 14MPa，此时冲头施加凝固铸件上压力为压实压力(Compaction pressure)。压实压力也可按铸件要求和合金种类选择，如表8所表示。(2) 影响铸件孔隙率原因冲头施加在金属熔体上压力能够进行补缩和压缩气体孔隙。金属压力和孔隙率关系图39所表示3。压力和孔隙率不是线性关系，所以，得到高压力不能完全消除孔隙。即使孔隙尺寸减小了，但仍然存在于铸件中，这和合金种类关系不大，或许凝固范围宽合金孔隙轻易集聚，但这并不是说，合金和添加元素不关键，它们影响孔隙形成和分布情况，并显著影响性能。 补缩和压缩孔隙压力必需传输到正在凝固金属，这对冷压室压铸机和热室压铸机全部是事实。一旦金属熔体浇人冷压室压铸机压室中，金属熔体接触到压室底部就开始凝固，有些冲头力就要用来折叠这些冷皮，压室中浇进金属越少，这种现象越严重。 当料饼薄时候，就会增加孔隙。图407所表示是料饼厚度和孔隙率关系。通常料饼厚度约为20mm，图417说明压室充满对型腔内金属压力影响，压室充满度为35%时，铸件是在4664MPa下凝固，低压室充满度产生大量预凝固金属进入型腔，它们会引发堵塞而阻碍压力有效传输，势必增加非正常组织，是铸件生产潜在微弱步骤。在压实阶段，利用增压降低铸件孔隙，依靠于内浇道有充足长时间保持液态。公式(31)是用于计算内浇道凝固时间，实际上是公式(17)中f=1(即固相分数为100100)时变形。 式中：?t=t1-ts；a为内浇道厚度；p为固液态间合金密度平均值；Hsw为合金熔化热；c为固凝态相温度；tL为合金液相温度；ts为合金固相温度；tF为